JPH0418509A

JPH0418509A - 石英ガラスファイバー

Info

Publication number: JPH0418509A
Application number: JP2121294A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mukoyama; 向山　巍
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1992-01-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は石英ガラスファイバー、特に高温での耐熱性の
高い石英ガラスファイバー、石英ガラスファイバー製品
および断熱材などに関するものである。

［従来の技術］これまで、石英ガラスファイバーからなる断熱材は１０
００℃以上の使用温度で軟化し荷重を受けることにより
ファイバー相互が少なくとも部分的に融着し断熱材とし
て長期間の使用に耐えられないことがあった。

［発明の解決しようとする課題］本発明の目的は従来技術が有していた前述の問題点を解
消しようとするものである。

［課題を解決するための手段］本発明は前述の課題を解決すべくなされたものであり、
Ａｌ化合物を含む表面処理剤をコーティングしてなるこ
とを特徴とする石英ガラスファイバーを提供するもので
ある。

本発明における表面処理剤はＡｌを主成分として含むも
のであり、本発明により高温での耐熱性の優れた石英ガ
ラスファイバーが得られる。

Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｓｉ、　Ｂ、　Ｔａ、　Ｃｒアルカリ
金属元素およびアルカリ土類金属元素の化合物（以下こ
れらを表面処理剤の第２成分あるいは単に第２成分とい
う）はそれ自体では石英ガラスファイバーの耐熱性を大
幅に改善する効果は認められるが、それらの少なくとも
１種類のものを前記表面処理剤中にＡｌとと共に含有さ
せることにより、前記耐熱性の向上がさらに認められる
。

その理由としては、前記化合物がＡｌと石英ガラスファ
イバーの結合をより強くする作用があるからと推定され
る。ただし石英ガラスファイバーまたは石英ガラスファ
イバー製品の用途によっては上記元素の何れかは有害な
不純物とされることがあるので、用途や使用される環境
に応じて上記表面処理剤の組成を選ぶ。

前記表面処理剤中のＡｌ化合物や上記した化合物のコー
ティングの均一性を助け、また石英ガラスファイバーを
保護（耐摩性、耐折性の向上、コーティングされたＡｌ
化合物や上記化合物の保護）するために、有機ポリマー
、潤滑剤・帯電防止剤を前記表面処理剤に含有させるこ
とができる。

Ａｌ化合物の石英ガラスファイバーへの付着量は、Ａｌ
として１０（１−２００００ｐｐｍの範囲が良いが、１
１００ｐｐ未満では殆んど耐熱性の向上が認められず、
２００００ｐｐｍを超えると１０００℃以上の温度域で
白粉が生じることから商品性の面から問題である。好ま
しい付着含量としては、耐熱性、商品性を考えて、３０
０〜７０００ｐｐｍの範囲が良い。

第２成分の石英ガラスファイバーへの付着量は、Ｔｉ、
　Ｚｒ、　Ｓｉ、　Ｂ、　Ｔａ、　Ｃｒアルカリ金属元
素およびアルカリ土類金属元素の化合物から選ばれた化
合物の元素の合計が０〜１１００ＯＯｐｐの範囲が良い
。

第２成分は、Ａｌ化合物ならでは単独に用いられること
はなく、Ａｌ化合物との組み合わせで耐熱性を更に向上
させる効果が期待できる。第２成分はそれぞれＡｌとの
２成分系も考えられるが、第２成分を何種か組み合わせ
た３成分系以上にもすることがある。付＠量として好ま
しい範囲は５０〜３０００ｐｐｍである。第３．第４成
分は、それぞれ石英ガラスファイバー上への付着量とし
ては０〜］ＯＯＯＯｐｐｍ　（好ましくは、５００〜７
０００ｐｐｍ　）　と、　０〜５０００ｐｐｍ　　（好
ましくは　２００〜３０００ｐｐｍ　）である。

この成分の有機物は、高温時に燃焼してしまうことから
断熱材として使用される時に炎を出して燃えない７００
０ｐｐｍ以下の付着量が望ましい。

本発明におけるＡｌ化合物の出発物質として、硝酸アル
ミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）、−９８２０）、塩化アルミ
ニウム（ＡｌＣｌｍ・６ｌ−１２０）　、酢酸アルミニ
ウム（Ａｌ　（Ｃ）ｌｓＣ０２Ｍ、塩基性酢酸アルミニ
ウム（Ａｌ（ＯＨ）（ＣＨｓＣ０２）２）、乳酸アルミ
ニウム（Ａｌ（ＣＨｓＣＨＯＨＣＨＣＯｚ）３）、硫酸
アルミニウム（Ａｌ□（ｓｏ、Ｌ・１８）＋２０１　、
蓚酸アルミニウム（Ａｌ２（Ｃ２Ｏ４）、・Ｈ，０）、
　　）リイソブロボキシアルミニウム（Ａｌ（ＯＣＨＣ
ｚＨｓ）ｉ）　、）リブトキシアルミニウム（Ａｌ　（
ＯＣ４Ｈ，））、アルミナゾルなどが用いられる。

第２成分としては、Ｔｉ化合物は、ＴｌＣｌ４　＋Ｔｉ
　（０（ｚｔ（ｅＬ　；　Ｚｒ化合物としてはＺｒ０（
ＮＯｓ）ｚ　。

Ｚｒ０（Ｃ１）ｘ、　Ｚｒ（ＯＣＪｅ）４；　Ｓｉ化合
物としては、５ｉＣ１４，５ｉ（ＯＣｚＨｓ）４．　（
ＣＨｍ）ｓＳｆ（ＯＣＨｓ）、シリカゾル；Ｔａ化合物
としては、ＴａＣｌ５　、　Ｃｒ化合物としてはＣｒＣ
ｌ３　、　Ｃｒ（ＮＯ３１３；　　Ｂ化合物としては、
Ｈ，ＢＯ，、ＨＢＯ□　；アルカリ金属元素の化合物と
しては、ＮａＣ１，ＮａＮＯｓ、　ＬｆＣｌ、　ＬｉＮ
Ｏｓ、　ＫＣＩＫＮＯ，、アルカリ土類金属元素の化合
物としては、ＭｇＣ１ｚ　、　Ｍｇ（ＮＯ２）＊、　Ｃ
ａＣ１ａ　、　Ｃａ（ＮＯ３）ａをそれぞれ用いること
ができる。

有機ポリマーとしては、アクリル樹脂、ポリエステル樹
脂、酢酸樹脂、エチレン−酢ビ共重合体、エポキシ樹脂
、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、ス
チレン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキ
サイド、スターチ、ポリエチレングリコール、ゼラチン
等が用いられる。

潤滑剤としては、パラフィン、アマイド、シリコーンオ
イル等、帯電防止剤としては、陽イオン界面活性剤、Ｎ
Ｈ，Ｃ１、ポリエチレングリコールモノオレート等が用
いられる。

その他に、有機溶剤や水溶媒中での液安定則としてアセ
チルアセトン、アセト酢酸エチルなどのキレート化剤や
、酢酸、硝酸、蓚酸、ＨＮＯ，、ＨＣＩ　、　Ｈ２ＳＯ
４などの酸が用いられる。

更に有機ポリマーや潤滑剤の水溶媒系での安定化剤とし
て各種の乳化剤が用いられる。

本発明における表面処理剤のコーティングの方法として
は、該表面処理剤を有機溶剤または水溶媒に溶解あるい
は分散させたものを用いて浸漬法、ロール法、スプレー
法またははけ塗り法などを採用することができる。

Ａｌ化合物を含む表面処理剤により表面を処理された本
発明の石英ガラスファイバーは、約５００℃程度の温度
で熱処理を施すと、該表面にＡｌ．Ｏ，が生成される。

石英ガラスファイバー表面に存在するこのＡｌ□０．は
石英ガラスファイバーの融着を妨げる作用を有している
ものと推定される。

本発明における石英ガラスファイバーはその製法を問わ
ず、実質的に５１０２からなるものであればよく、例え
ば溶融法によるものやゾルゲル２去によるものをあげる
ことができる。

本発明の石英ガラスファイバーからなる製品としては、
ストランド、ロービング、クロス。

テープ、スリーブ、ペーパー、チョツプドストランド、
マット、不織布またはウール等、あるいはそれらを組合
せた製品が実用される。

本発明の石英ガラスファイバー製品は、使用前に上述の
熱処理を施した場合にはファイバーの表面にＡ　Ｉ２０
．またはＡｌＪｓと無機酸化物が生成されると考えられ
るが、熱処理を予め施さないで使用に供することもでき
る。

本発明の石英ガラスファイバーは高温で耐熱性が従来の
ものに比べ優れているので、上記製品も同じ特徴を有し
ている。一般に、製品中にある石英ガラスファイバーは
外部からの荷重の有無にかかわらず単独である場合に比
べて熱融着をおこし易いと云えるが、本発明の石英ガラ
スファイバー製品中の石英ガラスファイバーは従来品に
比べて熱融着をおこし難く、従って本発明の製品は高温
での耐熱性に優れた特徴を有する。

かかる本発明の石英ガラスファイバー製品の用途として
は、半導体拡散炉用の断熱材など高温で使用する断熱材
、耐高温性の充填材、クツション材などを挙げることが
できる。

［実施例］実験方法として、石英ガラスファイバー基材として、３
２ｍｍ径の石英スリーブ（３１０℃純度９９、９９重量
％、モノフィラメント径１３μ、Ｔｅｘ　８ｇ糸の８本
撚りの３本引き揃え糸の４８打）を用いた０石英スリー
ブは、全て５００℃で２ｈｒ熱処理を施したものを使用
した。表面処理は浸漬法を採用した。耐熱性の評価は、
大気中１１００℃×１週間として、ＳＥＭ観察と手触に
より評価した。耐熱性は、次の様なランク付けで評価し
た。即ち、Ｎ：変わらない（融着なし）：Ｍ：若干硬い
（一部融り；ＶＨ：非常に硬い（完全融着）である。又
、断熱材使用時に炎を出して表面処理剤が燃えてはなら
ないことから、燃焼性のチエツクも行なった。即ち、○
：炎出さず；×：炎を出すである。

表１に評価結果を示す。比較例として、表面処理剤コー
ティングなしの場合は、１１００℃×１週間の耐熱評価
では、石英ガラスファイバー同志が完全に融着し、スリ
ーブが１枚のガラス状となっている。

実施例１〜５まではＡｌ化合物単独系である。処理液は
次の組成のものを用いた。この処理液は、石英ファイバ
ー表面を均一にコーティングする。

Ａｌ　（ＯＣＨＣ，Ｈ，）　、　　　　　３．９ｗｔ％
アセチルアセトン　　？、　３ｗｔ％ＨＣＯＯ■１５．４ｗｔ％ＬＯ３，９ｗｔ％（：ＪｓＯＨ６９，５ｗｔ％コーティングされたスリーブは風乾後胴熱処理１１００
℃×１週間を行なった。この液組成のものをベースに濃
度を変えることによってＡｌの付着量をコントロールし
た。実施例１〜４は、Ａｌ付着量と耐熱性の関係につい
て検討した。

５０ｐｐｍのＡｌの付着量では、耐熱性の点で劣り、２
１、０００ｐｐｍの付着量では、耐熱テスト後スリーブ
表面上に白粉が生じ商品性が劣っている。実施例２．３
が最も効果的なＡｌの付着量であった。

実施例５は、耐熱テスト以前に上記液組成の表面処理剤
を風乾後５００℃で２ｈｒ熱処理後耐熱テストを行なっ
たものである、耐熱性は、実施例２．３と変わらない。

実施例６〜８は上記Ａｌ化合物液組成をベースとして、
第２成分の無機化合物と第４成分の潤滑剤、帯電防止剤
を混入した液を用いて耐熱評価と燃焼性のチエツクを行
なった。

実施例６は、Ａｌが２０００ｐｐｍの付着量で、Ｔｉ（
Ｔｉ（ＯＣＪｓＬを出発物質とする。以下括弧内の分子
式は出発物質を示す）が１０００ｐｐｍ、の付着量それ
と潤滑剤Ｃ１ｒｒａｓｏｌ　２２０　（テトラエチレン
ペンタミン誘導体、ＩＣ１社製）　５００ｐｐｍの付着
量であった。耐熱性は良い。燃焼性も良い。

実施例７は、　Ａｔが２０００ｐｐｍの付着量で５ｉ（
Ｓｔ（ｏｃｓｏ＋１）−）が５００ｐｐｍの付＠量それ
と潤滑剤５ｏｆｎｏｎ　ＨＧ１８０　（テトラエチレン
ペンタミン誘導体、東邦化学工業社製”）　４ｏｏｐ、
、ｍの付着量であった。耐熱性は良い。燃焼性も良い。

実施例８は、Ａｌが２０００ｐｐｍの付＠量でＺｒ　（
Ｚｒ（ＯＣ，Ｌ）　４）が５００ｐｐｍの付着量それと
帯電防止剤ＮＨ４Ｃｌ、　２００ｐｐｍの付着量であっ
た。耐熱性も燃焼性も良い。

実施例９〜１３は、実施例６〜８と同様に上記Ａｌ化合
物液組成をベースとして第２成分の無機化合物を混入し
た液を用いて、耐熱評価を行なった。

実施例９は、Ａｔが２０００ｐｐｍの付着量でＣｒ　（
Ｃｒ（ＮＯｓ）＊）が３００ｐｐｍの付着量であった。

耐熱性の向上が認められた。

実施例１０．１１は、Ａｌが２０００ｐｐｍでＭｇ（Ｍ
ｇＣ１２）とＣａ（ＣａＣ１ａ）がそれぞれ１１００ｐ
ｐであったが、耐熱性は向上した。

実施例１２は、Ａｌが２０００ｐｐｍ″′ｃＮａ（Ｎａ
ＮＯｎ）が４０ｐｐｍである。

実施例１３は、Ａｌカ月５００ｐｐｍでＴｉ　（Ｔｉ　
（ＯＣ４Ｈ９１４１が５００ｐｐｍそれとＣｒ（Ｃｒ（
ＮＯｓ）ｘ　）が１１００ｐｐである。耐熱性は向上し
た。

実施例１４〜２２はＡｌ化合物、無機化合物と有機ポリ
マー混合系である。

実施例１４〜１６は下記液組成の表面処理剤である。実
施例１４以降のものは処理剤が水溶液系であるので風乾
後１．００℃Ｘ１ｈｒの乾燥を行なう。

Ａｔ（ＮＯ，）、・９Ｈｘ０　　　　５．Ｏｗｔ％ブラ
イマルＥ３２　　　０．５〜５．０（日本アクリル社製
アクリルＥＭ）水　　　　　　　　　　　　　　　　　残石英ガラスフ
ァイバー上のＡｌの付着量は３０００ｐｐｍとし、アク
リル樹脂の付着量を１０００〜１１０００と変えた。１
ｌ１００ｐｐの付着量になると耐熱処理直後に炎を出し
て燃える。５０００ｐｐｍ以下では炎は出ない、耐熱性
はすべて良かった。

実施例１７は、Ａｔ（Ａｔ（Ｎｏｌ）３−９ｏ２ｏ）　
２０００ｐｐｍでＢ（ＬＢＯｓ）５００ｐｐｍ″′ｃＮ
ａ　（ＮａＣ１）が６０ｐｐｍである。

又、アクリル樹脂（ブライマルＨＡ８日本アクリル製）
は４０００ｐｐｍである。燃焼性は問題がない。耐熱性
は僅かに熱劣化する実施例１８は、Ａｌ（アルミナゾル日産化学社製４００
０ｐｐｍ　）でポリビニルアルコール（ゴーセノールＧ
Ｌ−５０）が５０００ｐｐｍである。耐熱性も燃焼性も
良い。

実施例１９は、Ａｌ（ＡｌＣ１ｓ４ＨｚＯ）４０００ｐ
ｐｍでポリエチレングリコール（Ｃａｒｂｏｗａｘ　１
０００ユニオンカーバイド社製）　４０００ｐｐｍであ
る、耐熱性は良い。燃焼性も問題ない。

実施例２０は、Ａｌ（Ａｌ（ＣＨ，ＣＣ０５））ｓ４０
００１）ｐでウレタン樹脂（ラテックスＵ　−１００花
王社製）　５０００ｐｐｍである。耐熱性も良い。燃焼
性も良い。

実施例２１は、Ａｌ（Ａｔ（ＮＯｍ）ｓ・９）１ｔＯ）
４０００ｐｐｍでアクリル樹脂（ブライマルＥ　３２）
　４０００ｐｐｍで潤滑剤パラフィン（ＶＯＮ　８６０
一方社製）　ｌｏｏｏｐｐｍである。耐熱性も良い。燃
焼性も良い。

実施例２２は、以下の液組成で処理した。

Ａｌ（ＮＯｓ）ｓ・９Ｈ＊ｏ　　　　　　６．Ｏｗｔ％
ブライマルＥ３２　　　　２．０ＶＯＮ８６０　　　　　　　　　　１．５ノイラン０６
（ポリエチレングリコールモノオレート）一方社製　　
　０．３水　　　　　　　　　　　　　　　　９０．２その結果
、ファイバーへの付着はＡｌとして４０００ｐｐｍ　、
有機物として５０００ｐｐｍである。耐熱性、燃焼性共
に良い。

ｌ　　　　　１の雪　　士［発明の効果］高純度の石英ガラスファイバー（ＳｉＯｘとして、９９
、５ｗｔ％以上）製品は、応力下で１０００℃以上の高
温に長時間曝露されるとファイバー同志の融着現象が生
じ易い。本発明の石英ガラスファイバー製品は、Ａｌ化
合物を主成分とする表面処理剤を表面にコートした石英
ガラスファイバーを用いることによって、１０００℃以
上であっても１１００℃まではこの融着な示さず、耐熱
性が優れている。

更に本発明の表面処理により、耐熱性の向上のみならず
、石英ガラスファイバー製品の高温時の耐摩耗性、耐折
性をも向上することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ａｌ化合物を含む表面処理剤をコーティングして
なることを特徴とする石英ガラスファイバー。
（２）前記表面処理剤が有機ポリマーまたは潤滑剤およ
び帯電防止剤のうち少なくとも一方を含むことを特徴と
する請求項１記載の石英ガラスファイバー。
（３）前記表面処理剤が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｔａ
、Ｃｒ、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素
の化合物のうちから選ばれた少なくとも１種類の化合物
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の石英ガラスファイバー。
（４）前記表面処理剤の石英ガラスファイバーへの付着
量は、石英ガラス（ＳｉＯ＿２）に対してＡｌが１００
〜２００００ｐｐｍ、有機ポリマーが０〜１００００ｐ
ｐｍ、潤滑剤および帯電防止剤が合計０〜５０００ｐｐ
ｍ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｔａ、Ｃｒ、アルカリ金属
元素およびアルカリ土類金属元素の化合物のうちから選
ばれた化合物の元素の合計が０〜１００００ｐｐｍであ
ることを特徴とする請求項１記載の石英ガラスファイバ
ー。
（５）前記表面処理剤の石英ガラスフアイバーへの付着
量は、石英ガラス（ＳｉＯ＿２）に対してＡｌが３００
〜７０００ｐｐｍ、有機ポリマーが５００〜７０００ｐ
ｐｍ、潤滑剤および帯電防止剤が合計２００〜３０００
ｐｐｍ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｔａ、Ｃｒ、アルカリ
金属元素およびアルカリ土類金属元素の化合物のうちか
ら選ばれた化合物の元素の合計が５０〜３０００ｐｐｍ
であることを特徴とする請求項１記載の石英ガラスファ
イバー。
（６）請求項１記載の石英ガラスファイバーに熱処理を
施すことにより該ファイバーの少なくとも表面にＡｌ＿
２Ｏ＿３が生成されてなることを特徴とする石英ガラス
ファイバー。
（７）請求項３記載の石英ガラスファイバーに熱処理を
施して該ファイバーの少なくとも表面にＡｌ＿２Ｏ＿３
および無機酸化物が生成されてなることを特徴とする石
英ガラスファイバー。
（８）前記石英ガラスファイバーがＳｉＯ＿２を少なく
とも９９．５重量％含むことを特徴とする請求項１〜７
のいずれか１項記載の石英ガラスファイバー。
（９）請求項１〜８のいずれか１項記載の石英ガラスフ
ァイバーからなることを特徴とするストランド、ロービ
ング、クロス、テープ、スリーブ、ペーパー、チョップ
ドストランド、マット、不織布またはウール等の石英ガ
ラスファイバー製品。